Анализ линии нагрузки транзистора

До сих пор мы обсуждали различные области работы транзистора. Но среди всех этих областей мы обнаружили, что транзистор хорошо работает в активной области и, следовательно, он также называется линейной областью . Выходами транзистора являются ток коллектора и напряжение коллектора.

Выходные характеристики

При рассмотрении выходных характеристик транзистора кривая выглядит следующим образом для различных входных значений.

На приведенном выше рисунке выходные характеристики показаны между током I _C коллектора и напряжением V _CE коллектора для различных значений базового тока I _B. Они рассматриваются здесь для различных входных значений, чтобы получить различные выходные кривые.

Нагрузка линии

Когда рассматривается значение максимально возможного тока коллектора, эта точка будет присутствовать на оси Y, которая является ничем иным, как точкой насыщения . Кроме того, когда рассматривается значение максимально возможного напряжения эмиттера коллектора, эта точка будет присутствовать на оси X, которая является точкой отсечки .

Когда рисуется линия, соединяющая эти две точки, такую ​​линию можно назвать линией загрузки . Это называется так, как он символизирует выход при нагрузке. Эта линия, проведенная над кривой выходной характеристики, вступает в контакт в точке, называемой рабочей точкой или точкой покоя, или просто Q-точкой .

Понятие линии нагрузки можно понять из следующего графика.

Линия нагрузки рисуется путем соединения точек насыщения и обрезания. Область, которая лежит между этими двумя, является линейной областью . Транзистор действует как хороший усилитель в этой линейной области.

Если эта линия нагрузки отображается только тогда, когда на транзистор подается смещение постоянного тока, но входной сигнал не подается, то такая линия нагрузки называется линией нагрузки постоянного тока . В то время как линия нагрузки проведена в условиях, когда подается входной сигнал вместе с напряжениями постоянного тока, такая линия называется линией нагрузки переменного тока .

Линия нагрузки постоянного тока

Когда на транзистор подается смещение, и на его вход не подается сигнал, линия нагрузки, проведенная в таких условиях, может пониматься как состояние постоянного тока . Здесь не будет усиления, так как сигнал отсутствует . Схема будет такой, как показано ниже.

Значение напряжения эмиттера коллектора в любой момент времени будет

$$V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C$$

Поскольку V _CC и R _C являются фиксированными значениями, приведенное выше является уравнением первой степени и, следовательно, будет представлять собой прямую линию на выходных характеристиках. Эта линия называется линией нагрузки постоянного тока . На рисунке ниже показана линия нагрузки постоянного тока.

Чтобы получить линию нагрузки, необходимо определить две конечные точки прямой. Пусть эти две точки будут A и B.

Чтобы получить

Когда напряжение эмиттера коллектора V _CE = 0, ток коллектора максимален и равен V _CC / R _C. Это дает максимальное значение V _CE . Это показано как

$$V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C$$

$$0 = V_ {CC} - I_C R_C$$

$$I_C = V_ {CC} / R_C$$

Это дает точку A (OA = V _CC / R _C ) на оси тока коллектора, показанной на рисунке выше.

Для получения B

Когда ток коллектора I _C = 0, тогда напряжение эмиттера коллектора максимально и будет равно V _CC . Это дает максимальное значение I _C. Это показано как

$$V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C$$

$$= V_ {CC}$$

(AS I _C = 0)

Это дает точку B, что означает (OB = V _CC ) на оси напряжения эмиттера коллектора, показанной на рисунке выше.

Следовательно, мы определили и насыщенность, и точку отсечки и узнали, что линия нагрузки — это прямая линия. Таким образом, линия нагрузки постоянного тока может быть проведена.

Линия нагрузки переменного тока

Линия нагрузки постоянного тока, обсуждавшаяся ранее, анализирует изменение токов и напряжений коллектора, когда напряжение переменного тока не подается. Принимая во внимание, что линия нагрузки переменного тока дает пиковое напряжение или максимально возможное выходное колебание для данного усилителя.

Мы рассмотрим схему замещения переменного тока усилителя CE для нашего понимания.

Из приведенного выше рисунка

$$V_ {CE} = (R_C // R_1) \ times I_C$$

$$r_C = R_C // R_1$$

Чтобы транзистор работал в качестве усилителя, он должен оставаться в активной области. Точка покоя выбрана таким образом, чтобы максимальное отклонение входного сигнала было симметричным как на отрицательных, так и на положительных полупериодах.

Следовательно,

$V_ {max} = V_ {CEQ}$ и $V_ {min} = -V_ {CEQ}$

Где V _CEQ — напряжение эмиттер-коллектор в точке покоя

На следующем графике представлена ​​линия нагрузки переменного тока, которая проведена между точками насыщения и среза.

Из приведенного выше графика, текущая IC в точке насыщения

$$I_ {C (sat)} = I_ {CQ} + (V_ {CEQ} / r_C)$$

Напряжение V _CE в точке отсечки составляет

$$V_ {CE (выкл.)} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} r_C$$

Следовательно, максимальный ток для этого соответствующего V _CEQ = V _CEQ / (R _C // R ₁ ) равен

$$I_ {CQ} = I_ {CQ} * (R_C // R_1)$$

Следовательно, добавляя токи покоя, конечные точки линии нагрузки переменного тока

$$I_ {C (sat)} = I_ {CQ} + V_ {CEQ} / (R_C // R_1)$$

$$V_ {CE (выкл.)} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} * (R_C // R_1)$$

Линия нагрузки переменного и постоянного тока

Когда линии нагрузки переменного и постоянного тока представлены на графике, можно понять, что они не идентичны. Обе эти линии пересекаются в точке Q или в точке покоя . Конечными точками линии нагрузки переменного тока являются точки насыщения и отсечки. Это понятно из рисунка ниже.

Из приведенного выше рисунка понятно, что точка покоя (темная точка) получается, когда значение базового тока IB составляет 10 мА. Это точка, где пересекаются линии нагрузки переменного и постоянного тока.

В следующей главе мы подробно обсудим понятие точки покоя или рабочей точки .